FR2922272A1 - Aerogenerator for producing electrical energy, has rotor placed in upstream of another rotor and axially in convergent section, where rotors and internal surface delimit intake air compression and acceleration chamber - Google Patents
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Abstract
Un aérogénérateur comprend un corps tubulaire (10) avec une ouverture d'admission (OA), une ouverture d'échappement (OE), une surface extérieure (12) déprimogène, une surface intérieure (13) présentant un tronçon convergent (T3) relié à l'ouverture d'admission (OA), un tronçon divergent (T4) relié à l'ouverture d'échappement (OE) et au tronçon convergent (T3) par un col (14), et un premier rotor (R1) monté à rotation par rapport au corps tubulaire (10) à proximité du col (14). Le rotor (R1) est lié à une première machine génératrice (G1). Il comprend un deuxième rotor (R2) monté à rotation par rapport au corps tubulaire (10), d'un diamètre supérieur à celui du premier rotor (R1), placé en amont du premier rotor (R1) dans le tronçon convergent (T3) et délimitant, avec la surface intérieure (13) et le premier rotor (R1), une chambre de compression et d'accélération (CH) de l'air admis.An aerogenerator comprises a tubular body (10) with an inlet opening (OA), an exhaust opening (OE), an outer surface (12) which is depressive, an inner surface (13) having a convergent section (T3) connected to it at the inlet opening (OA), a diverging section (T4) connected to the exhaust opening (OE) and the convergent section (T3) by a collar (14), and a first rotor (R1) mounted rotating relative to the tubular body (10) near the neck (14). The rotor (R1) is linked to a first generator machine (G1). It comprises a second rotor (R2) rotatably mounted with respect to the tubular body (10), of a diameter greater than that of the first rotor (R1), placed upstream of the first rotor (R1) in the convergent section (T3) and delimiting, with the inner surface (13) and the first rotor (R1), a chamber for compressing and accelerating (CH) the intake air.
Description
Aérogénérateur à deux rotors successifs Domaine technique de l'invention Aerogenerator with two successive rotors Technical field of the invention
L'invention est relative à un aérogénérateur ayant un corps tubulaire comprenant : une ouverture d'admission d'air, io une ouverture d'échappement, une surface extérieure déprimogène entre l'ouverture d'admission et l'ouverture d'échappement, une surface intérieure délimitant un passage d'air reliant lesdites ouvertures, ayant un axe d'écoulement rectiligne, et présentant un 15 tronçon convergent relié à l'ouverture d'admission, et un tronçon divergent relié à l'ouverture d'échappement, lesdits tronçons étant reliés par un col, un premier rotor monté à rotation par rapport au corps tubulaire, axialement positionné à proximité du col et lié à une première machine 20 génératrice. The invention relates to an aerogenerator having a tubular body comprising: an air intake opening, an exhaust opening, an external unimpressive surface between the intake opening and the exhaust opening, a inner surface defining an air passage connecting said openings, having a rectilinear flow axis, and having a convergent section connected to the inlet opening, and a diverging section connected to the exhaust opening, said sections being connected by a neck, a first rotor rotatably mounted relative to the tubular body, axially positioned near the neck and connected to a first generator machine.
État de la technique State of the art
De tels aérogénérateurs sont connus par exemple des documents 25 JP2005240668 et JP2003028043, pour lesquels la surface intérieure a une forme générale de tuyère. Selon l'équation de Bernoulli, l'air admis est accéléré dans le tronçon convergent, cette augmentation de l'énergie cinétique du vent s'accompagnant d'une baisse progressive de la pression. La forme du tronçon divergent crée une dépression supplémentaire qui a 30 pour effet une aspiration de l'entrée vers la sortie (effet Venturi ). Ces aérogénérateurs connus présentent l'inconvénient de n'avoir une production Such wind turbines are known, for example, from JP2005240668 and JP2003028043, for which the inner surface has the general shape of a nozzle. According to the Bernoulli equation, the air admitted is accelerated in the convergent section, this increase in the kinetic energy of the wind being accompanied by a progressive decrease of the pressure. The shape of the diverging section creates an additional depression which has the effect of suctioning the inlet to the outlet (Venturi effect). These known wind turbines have the disadvantage of not having a production
acceptable d'énergie électrique que pour une vitesse de vent relativement élevée, et d'avoir un rendement général relativement faible compte tenu de la valeur faible du rapport entre la puissance captée par le rotor et la puissance du vent au col. acceptable electrical energy only for a relatively high wind speed, and to have a relatively low overall efficiency given the low value of the ratio between the power captured by the rotor and the power of the wind at the neck.
Par ailleurs, il a déjà été imaginé dans le document EP1108888 de placer parallèlement deux rotors identiques aux extrémités d'un corps tubulaire cylindrique et tournant dans des sens de rotation opposés. Chaque extrémité du corps tubulaire est prolongée par une forme conique, convergente en entrée et divergente en sortie. L'action de canaliser l'air au travers d'une telle structure de type Venturi (avec une augmentation de l'énergie cinétique de l'air) s'accompagne d'une diminution de pression dans la partie convergente d'entrée, puis d'une chute de pression lors du passage au travers du rotor d'entrée. Ce dernier a pour effet de créer une dépression pour accélérer l'air dans le cylindre avant d'arriver au rotor de sortie. Mais l'efficacité par faible vent est limitée et les performances ne sont pas satisfaisantes pour beaucoup d'applications. Pour alimenter la dépression en arrière de l'ouverture d'échappement malgré une faible vitesse de vent, il est nécessaire de prévoir des déflecteurs en saillie de la face extérieure à proximité de l'ouverture d'échappement. Mais de tels déflecteurs ont alors pour conséquence de diminuer la vitesse de l'air à l'extérieur, et donc d'abaisser le rendement général. Furthermore, it has already been imagined in EP1108888 to place two identical rotors parallel to the ends of a cylindrical tubular body and rotating in opposite directions of rotation. Each end of the tubular body is extended by a conical shape, convergent input and divergent output. The action of channeling the air through such a Venturi-type structure (with an increase in the kinetic energy of the air) is accompanied by a pressure decrease in the convergent input portion, then a pressure drop when passing through the input rotor. The latter has the effect of creating a vacuum to accelerate the air in the cylinder before arriving at the output rotor. But low wind efficiency is limited and performance is unsatisfactory for many applications. To supply the depression behind the exhaust opening despite a low wind speed, it is necessary to provide deflectors protruding from the outer face near the exhaust opening. But such deflectors then have the effect of reducing the speed of the air outside, and thus lowering the overall efficiency.
Objet de l'invention L'objet de l'invention consiste à réaliser un aérogénérateur ayant un rendement général augmenté. OBJECT OF THE INVENTION The object of the invention is to provide an aerogenerator having increased overall efficiency.
L'aérogénérateur selon l'invention est remarquable en ce qu'il comprend un 30 deuxième rotor monté à rotation par rapport au corps tubulaire, d'un diamètre supérieur à celui du premier rotor, placé en amont du premier rotor25 The aerogenerator according to the invention is remarkable in that it comprises a second rotor rotatably mounted relative to the tubular body, of a diameter greater than that of the first rotor, placed upstream of the first rotor.
axialement dans le tronçon convergent et délimitant, avec la surface intérieure et le premier rotor, une chambre de compression et d'accélération de l'air admis. axially in the converging section and delimiting, with the inner surface and the first rotor, a chamber for compressing and accelerating the intake air.
Contrairement à l'art antérieur où, en amont du premier rotor placé à proximité du col, l'air subissait une augmentation de son énergie cinétique combinée avec une diminution progressive de la pression, la chambre de compression et d'accélération délimitée par les deux rotors selon l'invention permet à l'air de subir une augmentation de son énergie cinétique combinée io avec une augmentation progressive de la pression. Cette propriété permet, à une vitesse de vent donnée, d'augmenter la production d'énergie électrique par la première génératrice. Unlike the prior art where, upstream of the first rotor placed near the neck, the air was undergoing an increase in kinetic energy combined with a gradual decrease in pressure, the compression chamber and acceleration defined by the two Rotors according to the invention allow the air to undergo an increase in its combined kinetic energy with a progressive increase in pressure. This property allows, at a given wind speed, to increase the production of electrical energy by the first generator.
Selon un mode de réalisation préférentiel, l'axe d'écoulement est horizontal 15 et le corps tubulaire comporte un appendice aérodynamique déprimogène en saillie de la surface extérieure à proximité de l'ouverture d'échappement. Un tel appendice a pour effet d'augmenter la vitesse extérieure à proximité de l'ouverture d'échappement et de repousser vers l'arrière la dépression générale de l'aérogénérateur. L'effet parachute (apparition de 20 turbulences en sortie du corps tubulaire) se produit pour des vitesses de vent nettement supérieures. According to a preferred embodiment, the flow axis is horizontal 15 and the tubular body has a deprimogenic aerodynamic appendage protruding from the outer surface near the exhaust opening. Such an appendage has the effect of increasing the external speed near the exhaust opening and push back the general depression of the wind turbine. The parachute effect (appearance of turbulence at the outlet of the tubular body) occurs for much higher wind speeds.
D'autres caractéristiques techniques peuvent être utilisées isolément ou en combinaison : 25 le deuxième rotor est lié à une deuxième machine génératrice reliée à des moyens de régulation, la deuxième machine génératrice est une machine électrodynamique réversible, les moyens de régulation assurent une modulation de la vitesse de 30 rotation du deuxième rotor en fonction de la vitesse de rotation du premier rotor, les première et deuxième machines génératrices sont reliées à un système de gestion d'énergie, relié à des moyens de stockage d'énergie et/ou au réseau électrique, le système de gestion d'énergie est relié à des moyens d'alimentation 5 extérieure en énergie, un écran aérodynamique s'étend axialement entre les premier et deuxième rotors. Other technical features may be used alone or in combination: the second rotor is connected to a second generating machine connected to control means, the second generating machine is a reversible electrodynamic machine, the control means provide a modulation of the rotational speed of the second rotor as a function of the rotational speed of the first rotor, the first and second generating machines are connected to a power management system connected to energy storage means and / or to the electrical network , the energy management system is connected to external power supply means 5, an aerodynamic screen extends axially between the first and second rotors.
Description sommaire des dessins 10 D'autres avantages et caractéristiques ressortiront plus clairement de la description qui va suivre de modes particuliers de réalisation de l'invention donnés à titre d'exemples non limitatifs et représentés aux dessins annexés, dans lesquels : 15 la figure 1 est une vue en coupe axiale d'un exemple d'aérogénérateur selon l'invention, la figure 2 est une vue de gauche de l'aérogénérateur de la figure 1, la figure 3 représente un dispositif de commande de l'aérogénérateur des figures précédentes, 20 la figure 4 est une vue identique à la figure 1, mais détaillant l'écoulement de l'air. BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS Other advantages and features will become more clearly apparent from the following description of particular embodiments of the invention given by way of nonlimiting example and represented in the accompanying drawings, in which: FIG. is an axial sectional view of an exemplary aerogenerator according to the invention, FIG. 2 is a left view of the aerogenerator of FIG. 1, FIG. 3 represents a device for controlling the aerogenerator of the preceding figures. Figure 4 is a view similar to Figure 1 but showing the flow of air.
Description d'un mode préférentiel de l'invention Description of a preferred embodiment of the invention
25 En référence aux figures 1 à 4, l'exemple d'aérogénérateur selon l'invention comporte un corps tubulaire 10 monté à rotation suivant un axe vertical au sommet d'une structure porteuse 11. Le corps tubulaire 10 présente une forme générale de révolution et possède donc un axe de révolution, qui correspondra par la suite à l'axe d'écoulement X de l'air, rectiligne et 30 horizontal. L'orientation du corps tubulaire 10 par rapport à la structure porteuse 11 se pratique automatiquement, c'est-à-dire de manière libre en With reference to FIGS. 1 to 4, the example of an aerogenerator according to the invention comprises a tubular body 10 mounted to rotate along a vertical axis at the top of a supporting structure 11. The tubular body 10 has a general shape of revolution and therefore has an axis of revolution, which will subsequently correspond to the flow axis X of the air, rectilinear and horizontal. The orientation of the tubular body 10 with respect to the carrying structure 11 is practiced automatically, that is to say freely in
fonction de l'orientation du vent, ou bien par un mécanisme d'orientation s'assurant que l'axe d'écoulement X est colinéaire à la direction du vent. depending on the orientation of the wind, or by an orientation mechanism ensuring that the flow axis X is collinear with the direction of the wind.
À une extrémité (à gauche sur les figures 1, 3, 4), le corps tubulaire 10 délimite une ouverture d'admission OA de forme circulaire, pour l'admission de l'air en cas de vent. À l'extrémité opposée (à droite sur les figures 1, 3, 4), le corps tubulaire 10 délimite une ouverture d'échappement OE de forme circulaire dont le diamètre est inférieur à celui de l'ouverture d'admission OA. L'ouverture d'échappement OE permet à l'air admis par l'ouverture d'admission OA de s'échapper du corps tubulaire 10. At one end (left in Figures 1, 3, 4), the tubular body 10 defines a circular inlet opening OA, for the admission of air in windy conditions. At the opposite end (on the right in FIGS. 1, 3, 4), the tubular body 10 delimits an escape opening OE of circular shape whose diameter is smaller than that of the inlet opening OA. The exhaust opening OE allows the air admitted by the intake opening OA to escape from the tubular body 10.
Le corps tubulaire 10 comporte une surface extérieure 12 présentant un profil aérodynamique en forme d'aile, avec un bombement constituant un tronçon divergent Ti partant de l'ouverture d'admission OA et le long duquel le diamètre extérieur augmente progressivement, et un tronçon convergent T2 reliant le tronçon T1 et l'ouverture d'échappement OE et long duquel le diamètre extérieur diminue progressivement. Un tel profil aérodynamique, conjugué au fait que le diamètre de l'ouverture d'admission OA est supérieur à celui de l'ouverture d'échappement 0E, a pour effet de produire une dépression au niveau de l'ouverture d'échappement 0E. La surface extérieure 12 est donc déprimogène entre l'ouverture d'admission OA et l'ouverture d'échappement 0E. The tubular body 10 has an outer surface 12 having a wing-shaped aerodynamic profile, with a bulge constituting a diverging section Ti starting from the inlet opening OA and along which the outer diameter increases gradually, and a converging section T2 connecting the section T1 and the exhaust opening OE and along which the outer diameter decreases gradually. Such an aerodynamic profile, combined with the fact that the diameter of the intake opening OA is greater than that of the exhaust opening 0E, has the effect of producing a vacuum at the exhaust opening 0E. The outer surface 12 is therefore deprimogenic between the intake opening OA and the exhaust opening 0E.
Le corps tubulaire 10 délimite intérieurement une surface intérieure 13 présentant un profil aérodynamique en forme d'aile, avec un bombement constituant un tronçon convergent T3 relié à l'ouverture d'admission OA et le long duquel le diamètre intérieur diminue progressivement, et un tronçon divergent T4 reliant le tronçon convergent T3 et l'ouverture d'échappement OE et long duquel le diamètre intérieur augmente progressivement. Les deux tronçons T3 et T4 de la surface intérieure 13 sont reliés par un col 14. La surface intérieure 13 délimite un passage d'air 15 en forme de tuyère reliant The tubular body 10 delimits internally an inner surface 13 having a wing-shaped aerodynamic profile, with a bulge constituting a convergent section T3 connected to the inlet opening OA and along which the inner diameter decreases progressively, and a section diverging T4 connecting the converging section T3 and the exhaust opening OE and along which the inner diameter increases gradually. The two sections T3 and T4 of the inner surface 13 are connected by a neck 14. The inner surface 13 delimits an air passage 15 in the form of a nozzle connecting
les ouvertures OA et 0E, et dans lequel l'air s'écoule selon l'axe d'écoulement X depuis l'ouverture d'admission OA jusqu'à s'échapper par l'ouverture d'échappement 0E. the openings OA and 0E, and wherein the air flows along the flow axis X from the inlet opening OA to escape through the exhaust opening 0E.
L'aérogénérateur comporte un premier rotor R1 monté à rotation par rapport au corps tubulaire 10, dans une position axiale (selon l'axe X) à proximité du col 14. Le premier rotor R1 est lié à une première machine génératrice G1. L'axe de rotation du rotor R1 coïncide avec l'axe d'écoulement X. La première machine génératrice G1 est une machine électrodynamique io générant de l'énergie électrique lorsque son rotor est animé d'un mouvement de rotation par rapport à son stator. The aerogenerator comprises a first rotor R1 mounted to rotate relative to the tubular body 10, in an axial position (along the X axis) near the neck 14. The first rotor R1 is connected to a first generator machine G1. The axis of rotation of the rotor R1 coincides with the flow axis X. The first generating machine G1 is an electrodynamic machine generating electrical energy when its rotor is rotated relative to its stator. .
De plus, un deuxième rotor R2 est monté à rotation par rapport au corps tubulaire 10 en amont du premier rotor R1, dans une position axiale (selon 15 l'axe X) le long du tronçon convergent T3 de la surface intérieure 13. L'axe de rotation du rotor R2 coïncide avec l'axe d'écoulement X. Le deuxième rotor R2 est lié à une deuxième machine génératrice G2. Plus précisément, la deuxième machine génératrice G2 est une machine électrodynamique réversible. Le diamètre du rotor R2 est supérieur à celui du rotor R1. Le rotor 20 R2 délimite, avec la surface intérieure 13 et le premier rotor R1, une chambre de compression et d'accélération CH de l'air admis par l'ouverture OA. Dans la chambre CH, l'air subit une augmentation de son énergie cinétique parallèlement à une augmentation progressive de la pression en s'approchant du premier rotor R1. 25 Les rotors R1 et R2 comportent chacun une pluralité de pales réparties angulairement selon un pas variable. De plus, le sens de rotation des rotors R1 et R2 peuvent être identiques ou opposés, afin d'optimiser le rendement énergétique global. 30 In addition, a second rotor R2 is rotatably mounted relative to the tubular body 10 upstream of the first rotor R1, in an axial position (along the X axis) along the convergent section T3 of the inner surface 13. axis of rotation of the rotor R2 coincides with the flow axis X. The second rotor R2 is connected to a second generator machine G2. More specifically, the second generator machine G2 is a reversible electrodynamic machine. The diameter of the rotor R2 is greater than that of the rotor R1. The rotor R2 delimits, with the inner surface 13 and the first rotor R1, a compression and acceleration chamber CH of the air admitted through the opening OA. In the CH chamber, the air undergoes an increase in kinetic energy along with a gradual increase in pressure as it approaches the first rotor R1. The rotors R1 and R2 each comprise a plurality of blades angularly distributed in a variable pitch. In addition, the rotational direction of the rotors R1 and R2 may be identical or opposite, in order to optimize the overall energy efficiency. 30
Outre le corps tubulaire 10, les deux rotors R1, R2 et les machines génératrices G1, G2, l'aérogénérateur comporte un dispositif électronique de commande (voir figure 3) comportant : des moyens de régulation 16 de la deuxième machine génératrice G2, par exemple intégré dans l'épaisseur du corps tubulaire 10, un capteur 17 mesurant un paramètre physique associé au fonctionnement du premier rotor R1, un système de gestion d'énergie 18, par exemple intégré dans l'épaisseur du corps tubulaire 10, et raccordé à des moyens de stockage 1 o d'énergie 19, et/ou au réseau électrique 20 et à des moyens d'alimentation électrique extérieure 21 en énergie. In addition to the tubular body 10, the two rotors R1, R2 and the generators G1, G2, the aerogenerator comprises an electronic control device (see FIG. 3) comprising: regulation means 16 of the second generating machine G2, for example integrated in the thickness of the tubular body 10, a sensor 17 measuring a physical parameter associated with the operation of the first rotor R1, a power management system 18, for example integrated in the thickness of the tubular body 10, and connected to storage means 1 o of energy 19, and / or the electrical network 20 and external power supply means 21 in energy.
Les deux machines génératrices G1 et G2 sont reliées électriquement au système de gestion d'énergie 18, respectivement par le biais de connexions 15 repérées 22 et 23. Le système de gestion d'énergie 18 est relié électriquement aux moyens de stockage d'énergie 19 par une connexion 24, et/ou au réseau électrique 20 par une connexion 25 et aux moyens d'alimentation électrique extérieure 21 par une connexion 26. Enfin, les moyens de régulation 16 de la deuxième machine génératrice G2 sont reliés 20 électriquement au capteur 17 par une connexion 27 et à la deuxième machine génératrice G2 par une connexion 28. The two generating machines G1 and G2 are electrically connected to the energy management system 18, respectively via connections 15 identified 22 and 23. The energy management system 18 is electrically connected to the energy storage means 19 by a connection 24, and / or to the electrical network 20 via a connection 25 and to the external power supply means 21 via a connection 26. Finally, the regulation means 16 of the second generator machine G2 are electrically connected to the sensor 17 by a connection 27 and to the second generating machine G2 by a connection 28.
La deuxième machine génératrice G2 étant réversible, elle peut être motrice lorsqu'elle alimentée en électricité, son rotor étant alors mis en rotation par 25 rapport à son stator grâce à l'énergie apportée. La machine G2 peut aussi fonctionner en génératrice : elle génère de l'énergie électrique lorsque le rotor R2 impose au rotor de la machine G2 un mouvement de rotation par rapport à son stator. The second generative machine G2 being reversible, it can be driving when it is supplied with electricity, its rotor then being rotated relative to its stator thanks to the energy supplied. The machine G2 can also function as a generator: it generates electrical energy when the rotor R2 imposes on the rotor of the machine G2 a rotational movement relative to its stator.
30 D'autre part, un système d'accouplement réversible non représenté (par exemple un embrayage centrifuge ou électromagnétique) est interposé entre On the other hand, a not shown reversible coupling system (for example a centrifugal or electromagnetic clutch) is interposed between
le rotor R2 et la deuxième machine génératrice G2, pour pouvoir assurer un montage du rotor R2 à rotation libre, en cas de désaccouplement. La connexion 28 assure la liaison entre le système d'accouplement et les moyens de régulation 16. the rotor R2 and the second generator machine G2, to ensure a mounting of the rotor R2 free rotation, in case of uncoupling. The connection 28 provides the connection between the coupling system and the regulation means 16.
Lorsque le rotor R2 est désaccouplé de la machine génératrice G2, le rotor R2 est en mode roue libre . Dans le cas contraire, le rotor R2 est soit en mode moteur (correspondant à un fonctionnement moteur de la machine génératrice G2), soit en mode générateur (correspondant à un fonctionnement en génératrice de la machine génératrice G2). When the rotor R2 is uncoupled from the generating machine G2, the rotor R2 is in freewheel mode. In the opposite case, the rotor R2 is either in motor mode (corresponding to a motor operation of the generator machine G2) or in generator mode (corresponding to a generator operation of the generator machine G2).
Les moyens de régulation 16 ont pour rôle de sélectionner le mode de fonctionnement du deuxième rotor R2 ( moteur , générateur , ou roue libre ) qui est adapté à chaque instant. La sélection, à chaque instant, du mode de fonctionnement du deuxième rotor R2 permet d'adapter le fonctionnement du deuxième rotor R2 en fonction d'au moins un paramètre physique (pression, vitesse, température...) mesuré par le capteur 17 et lié au fonctionnement du premier rotor R1. La sélection du mode du deuxième rotor R2 est réalisée par une action correspondante sur la deuxième machine génératrice G2 et sur le système d'accouplement, par l'intermédiaire de la connexion 28. The purpose of the regulation means 16 is to select the mode of operation of the second rotor R2 (motor, generator, or freewheel) which is adapted at each instant. The selection, at any moment, of the operating mode of the second rotor R2 makes it possible to adapt the operation of the second rotor R2 as a function of at least one physical parameter (pressure, speed, temperature, etc.) measured by the sensor 17 and related to the operation of the first rotor R1. The mode of the second rotor R2 is selected by a corresponding action on the second generator machine G2 and on the coupling system, via the connection 28.
Par exemple, par une sélection adaptée du mode de fonctionnement du rotor R2 à chaque instant, les moyens de régulation 16 peuvent assurer une modulation de la vitesse de rotation du deuxième rotor R2 en fonction de la vitesse de rotation du premier rotor R1 mesurée par le capteur 17 lorsque ce dernier est un tachymètre. Ce type de modulation permet notamment, en régime établi, d'éviter la rotation de l'air dans le passage 15. À titre d'exemple pour réaliser une telle modulation en vitesse du deuxième rotor R2, les moyens de régulation 16 intègrent une première loi de commande imposant au deuxième rotor R2 : le mode moteur tant que la vitesse de rotation du premier rotor R1 est 5 inférieure à un premier seuil prédéterminé Q1, le mode générateur lorsque la vitesse de rotation du premier rotor R1 est supérieure à un deuxième seuil prédéterminé Q2 supérieur à Q1, le mode roue libre lorsque la vitesse de rotation du premier rotor R1 est comprise entre Q1 et Q2. 10 Les moyens de régulation 16 peuvent aussi intégrer une deuxième loi de commande, prioritaire sur la première loi de commande, et imposant au deuxième rotor R2 le mode moteur dès que la différence entre la vitesse de rotation du premier rotor R1 et la vitesse de rotation du deuxième rotor R2 15 est supérieure à un troisième seuil prédéterminé Q3, lui-même pouvant éventuellement être fonction de Q1. La sélection du mode de fonctionnement du deuxième rotor R2 est réalisée par les moyens de régulation 16 par l'intermédiaire de la connexion 28, à 20 partir des informations reçues depuis le capteur 17 par l'intermédiaire de la connexion 27. For example, by a suitable selection of the operating mode of the rotor R2 at each instant, the regulation means 16 can provide a modulation of the speed of rotation of the second rotor R2 as a function of the rotational speed of the first rotor R1 measured by the sensor 17 when the latter is a tachometer. This type of modulation makes it possible in particular, in steady state, to avoid the rotation of the air in the passage 15. By way of example for effecting such a modulation in speed of the second rotor R2, the regulation means 16 integrate a first control law imposing on the second rotor R2: the motor mode as long as the rotation speed of the first rotor R1 is lower than a first predetermined threshold Q1, the generator mode when the rotational speed of the first rotor R1 is greater than a second threshold predetermined Q2 greater than Q1, the freewheel mode when the rotational speed of the first rotor R1 is between Q1 and Q2. The regulation means 16 can also integrate a second control law, which is a priority over the first control law, and imposes on the second rotor R2 the motor mode as soon as the difference between the speed of rotation of the first rotor R1 and the rotation speed. the second rotor R2 15 is greater than a third predetermined threshold Q3, itself possibly being a function of Q1. The selection of the operating mode of the second rotor R2 is carried out by the regulation means 16 via the connection 28, on the basis of the information received from the sensor 17 via the connection 27.
Quel que soit le mode de fonctionnement imposé au deuxième rotor R2 par les moyens de régulation 16, le système de gestion d'énergie 18 reçoit 25 l'énergie électrique créée par la première machine génératrice G1 par l'intermédiaire de la connexion 22. Lorsque les moyens de régulation 16 imposent le mode moteur au deuxième rotor R2, le système de gestion d'énergie 18 transmet l'énergie électrique nécessaire à la deuxième machine génératrice G2 par l'intermédiaire de la connexion 23. Lorsque les moyens 30 de régulation 16 imposent le mode générateur au deuxième rotor R2, le système de gestion d'énergie 18 reçoit l'énergie électrique produite par la io Whatever the mode of operation imposed on the second rotor R2 by the regulating means 16, the energy management system 18 receives the electrical energy created by the first generator machine G1 via the connection 22. the regulation means 16 impose the motor mode on the second rotor R2, the energy management system 18 transmits the electrical energy required for the second generator machine G2 via the connection 23. When the regulation means 16 impose the generator mode on the second rotor R2, the energy management system 18 receives the electrical energy produced by the
deuxième machine génératrice G2 par l'intermédiaire de la connexion 23. Enfin, lorsque les moyens de régulation 16 imposent le mode roue libre au deuxième rotor R2, le système de gestion d'énergie 18 et la deuxième machine génératrice G2 n'échangent pas d'énergie électrique. second generating machine G2 via the connection 23. Finally, when the regulating means 16 impose the freewheel mode on the second rotor R2, the energy management system 18 and the second generator machine G2 do not exchange 'electric energy.
Parallèlement à ces échanges d'énergie avec les deux machines génératrices G1, G2, le système de gestion d'énergie produite 18 : transmet l'énergie reçue depuis la première machine génératrice G1 (et éventuellement depuis la deuxième machine génératrice G2 en cas de io mode générateur du deuxième rotor R2) au réseau électrique 20 par la connexion 25 et/ou aux moyens de stockage d'énergie 19 par la connexion 24, et éventuellement reçoit, en cas de mode moteur du deuxième rotor R2, l'énergie nécessaire pour l'entraînement de la deuxième machine 15 génératrice G2 depuis le réseau électrique 20 par la connexion 25 et/ou depuis les moyens de stockage d'énergie 19 par la connexion 24 et/ou depuis les moyens d'alimentation électrique extérieure 21 par la connexion 26. In parallel with these energy exchanges with the two generating machines G1, G2, the generated energy management system 18: transmits the energy received from the first generating machine G1 (and possibly from the second generating machine G2 in the event of generator mode of the second rotor R2) to the electrical network 20 via the connection 25 and / or to the energy storage means 19 via the connection 24, and optionally receives, in the event of a motor mode of the second rotor R2, the energy required for driving the second generator machine G2 from the electrical network 20 via the connection 25 and / or from the energy storage means 19 via the connection 24 and / or from the external power supply means 21 via the connection 26.
20 Pour réaliser ces opérations, le système de gestion d'énergie 18 comporte une interface entre les signaux échangés avec les machines génératrices G1, G2 et les signaux échangés avec le réseau électrique 20, les moyens de stockage d'énergie 19 et les moyens d'alimentation électrique extérieure 21. Une telle interface peut par exemple comporter des transformateurs, des 25 convertisseurs en fréquence et des redresseurs. In order to carry out these operations, the energy management system 18 comprises an interface between the signals exchanged with the generating machines G1, G2 and the signals exchanged with the electricity network 20, the energy storage means 19 and the energy storage means. External power supply 21. Such an interface may for example include transformers, frequency converters and rectifiers.
La stratégie menée par le système de gestion d'énergie 18 en ce qui concerne sa manière d'ordonner ses échanges avec les autres organes du dispositif de commande et avec les deux machines génératrices G1, G2 est 30 paramétrable en fonction des applications. En particulier, la transmission au réseau électrique 20 peut être privilégiée dans certaines applications. Dans The strategy carried out by the energy management system 18 with regard to its manner of ordering its exchanges with the other organs of the control device and with the two generators G1, G2 is customizable according to the applications. In particular, transmission to the electrical network 20 may be preferred in certain applications. In
d'autres cas, le niveau d'énergie dans les moyens de stockage 19 et/ou la gestion des pics de consommation seront préférés. in other cases, the level of energy in the storage means 19 and / or the management of consumption peaks will be preferred.
En référence à la figure 4, l'aérogénérateur peut fictivement être décomposé en trois zones successives A, B, C décalées suivant la direction de l'axe d'écoulement X et dans le sens de passage de l'air. La partie arrière de l'aérogénérateur, au-delà de l'ouverture d'échappement 0E, constitue une zone supplémentaire D. La zone A de l'aérogénérateur correspond à la partie d'aérogénérateur située entre le plan passant par l'ouverture d'admission OA 1 o et le plan passant par l'extrémité du tronçon divergent Ti de la surface extérieure 12. La zone B de l'aérogénérateur correspond à la partie d'aérogénérateur comprise entre la zone A et le plan passant par l'extrémité du tronçon convergent T3 de la surface intérieure 13. La zone C de l'aérogénérateur est, quant à elle, constituée par la partie d'aérogénérateur 15 comprise entre la zone B et le plan passant par l'ouverture d'échappement 0E. Comme l'illustre la figure 4, la chambre de compression et d'accélération CH est incluse dans la zone B de l'aérogénérateur. With reference to FIG. 4, the aerogenerator can be fictitiously decomposed into three successive zones A, B, C offset in the direction of the flow axis X and in the direction of passage of the air. The rear part of the aerogenerator, beyond the exhaust opening 0E, constitutes an additional zone D. The zone A of the aerogenerator corresponds to the part of the aerogenerator located between the plane passing through the opening of the OA inlet 1 o and the plane passing through the end of the diverging section Ti of the outer surface 12. The zone B of the aerogenerator corresponds to the part of the aerogenerator between the zone A and the plane passing through the end convergent section T3 of the inner surface 13. The zone C of the wind turbine is, for its part, constituted by the part of the wind turbine 15 between the zone B and the plane passing through the exhaust opening 0E. As illustrated in FIG. 4, the compression and acceleration chamber CH is included in the zone B of the aerogenerator.
Dans la zone A, quel que soit le mode de fonctionnement du deuxième rotor 20 R2, le flux de l'écoulement d'air dans le passage 15 est accéléré par rapport au vent dans lequel est placé l'aérogénérateur. Le flux de l'écoulement d'air glissant sur la surface extérieure 12 est lui aussi accéléré par rapport au vent, mais d'une valeur inférieure à l'accélération subie par l'air dans le passage 15. 25 Dans la zone B, le diamètre extérieur diminue progressivement, ce qui a pour effet de créer une dépression et donc une accélération du flux de l'écoulement d'air glissant sur la surface extérieure 12. Le flux de l'écoulement d'air dans le passage 15 est lui aussi accéléré sur toute la 30 longueur de la zone B à cause du caractère convergent du tronçon T3. Ces accélérations intérieure et extérieure se produisent quel que soit le mode de In zone A, irrespective of the mode of operation of the second rotor R2, the flow of the air flow in the passage 15 is accelerated relative to the wind in which the wind turbine is placed. The flow of the airflow sliding on the outer surface 12 is also accelerated with respect to the wind, but of a value less than the acceleration experienced by the air in the passage 15. In the zone B, the outer diameter decreases progressively, which has the effect of creating a depression and therefore an acceleration of the flow of the air flow sliding on the outer surface 12. The flow of the air flow in the passage 15 is it also accelerated along the entire length of zone B because of the convergent nature of the section T3. These inner and outer accelerations occur regardless of the mode of
fonctionnement du deuxième rotor R2. Le flux de l'écoulement d'air dans le passage 15 subit, parallèlement à son accélération, une augmentation continue et progressive de pression sur toute la longueur de la zone B. L'augmentation de pression est plus forte dans la chambre CH que sur le reste de la zone B, à plus forte raison lorsque le rotor 2 fonctionne selon le mode moteur . operation of the second rotor R2. The flow of the air flow in the passage 15 undergoes, parallel to its acceleration, a continuous and progressive increase in pressure along the entire length of zone B. The pressure increase is greater in chamber CH than on the rest of zone B, especially when rotor 2 operates according to the motor mode.
Dans la zone C, le flux de l'écoulement d'air glissant sur la surface extérieure 12 continue d'accélérer. Le diamètre intérieur augmente progressivement jusqu'à l'ouverture d'échappement OE ce qui a pour effet de créer une dépression supplémentaire. In zone C, the flow of the airflow sliding on the outer surface 12 continues to accelerate. The inner diameter gradually increases to the OE exhaust opening which has the effect of creating an additional depression.
Dans la zone D, l'air sortant par l'ouverture d'échappement OE est accéléré par le flux de l'écoulement d'air glissant sur la surface extérieure 12 qui possède une vitesse plus élevée. Il en résulte la création d'une dépression supplémentaire en arrière de l'aérogénérateur et un rejet des perturbations aérodynamiques vers l'arrière de l'aérogénérateur. La dépression engendrée dans la zone D contribue à maintenir le processus décrit précédemment. Cette action aérodynamique globale permet d'accélérer le flux à l'entrée de l'aérogénérateur. In zone D, the air exiting through the exhaust opening OE is accelerated by the flow of the airflow sliding on the outer surface 12 which has a higher speed. This results in the creation of an additional depression behind the aerogenerator and a rejection of aerodynamic disturbances towards the rear of the wind turbine. The depression generated in zone D helps to maintain the process described previously. This global aerodynamic action makes it possible to accelerate the flow at the inlet of the aerogenerator.
Des cellules photovoltaïques 31 peuvent être prévues sur toute ou partie de la surface extérieure 12 pour constituer les moyens d'alimentation électrique extérieure 21. Toutefois, ces moyens peuvent être réalisés par toute solution adaptée telle qu'une source hydraulique ou un générateur auxiliaire. Photovoltaic cells 31 may be provided on all or part of the outer surface 12 to form the external power supply means 21. However, these means may be made by any suitable solution such as a hydraulic source or an auxiliary generator.
Les machines génératrices G1, G2 peuvent être compactes et disposées sur l'axe d'écoulement X. Dans d'autres variantes, les machines génératrices G1, G2 peuvent être en couronne, c'est-à-dire que le rotor R1, R2 associé constitue lui-même le rotor de la machine génératrice G1, G2 et le stator est The generating machines G1, G2 can be compact and arranged on the flow axis X. In other variants, the generating machines G1, G2 can be in a ring, that is to say that the rotor R1, R2 associated itself constitutes the rotor of the generator machine G1, G2 and the stator is
constitué par une couronne périphérique portée en vis-à-vis par la surface intérieure 13. constituted by a peripheral ring carried vis-a-vis the inner surface 13.
De manière optionnelle et comme représenté, il est possible de prévoir un écran aérodynamique 30 s'étendant axialement entre les premier et deuxième rotors R1, R2, par exemple ayant une forme extérieure cylindrique, pour éviter les perturbations aérodynamiques à proximité de l'axe d'écoulement X. Il est clair qu'un tel écran aérodynamique 30 doit maintenir le désaccouplement mécanique des rotors R1, R2 entre eux. De plus, il est possible d'envisager de loger la deuxième machine génératrice G2 à l'intérieur de l'écran aérodynamique. Optionally and as shown, it is possible to provide an aerodynamic screen 30 extending axially between the first and second rotors R1, R2, for example having a cylindrical outer shape, to avoid aerodynamic disturbances near the axis of It is clear that such an aerodynamic screen 30 must maintain the mechanical uncoupling of the rotors R1, R2 between them. In addition, it is possible to consider housing the second generating machine G2 inside the aerodynamic screen.
Dans l'exemple décrit précédemment, l'axe d'écoulement X est horizontal. Le corps tubulaire 10 comporte un appendice aérodynamique déprimogène 29 en saillie de la surface extérieure 12 à proximité de l'ouverture d'échappement 0E. Cet appendice 29 permet d'accentuer l'accélération subie par le flux de l'écoulement d'air glissant le tronçon convergent T2 de la surface extérieure 12, et atténue considérablement le bruit produit par l'écoulement d'air sur la surface extérieure 12. L'effet parachute (apparition de turbulences en sortie du corps tubulaire 10) se produit pour des vitesses de vent nettement supérieures qu'en cas d'absence d'appendice 29. In the example described above, the flow axis X is horizontal. The tubular body 10 has a predictive aerodynamic appendage 29 projecting from the outer surface 12 near the exhaust opening 0E. This appendix 29 makes it possible to accentuate the acceleration experienced by the flow of the air flow sliding the convergent section T2 of the outer surface 12, and considerably reduces the noise produced by the flow of air on the outer surface 12 The parachute effect (appearance of turbulence at the outlet of the tubular body 10) occurs for much higher wind speeds than in the absence of appendix 29.
L'appendice aérodynamique 29 a la forme d'une couronne maintenue à distance autour du corps tubulaire 10 et ayant une face intérieure tournée vers la face extérieure 12, et une face extérieure opposée. Dans un plan de coupe passant par l'axe d'écoulement X, la face intérieure de la couronne a un profil aérodynamique convexe avec un bombement dirigé vers la surface extérieure 12, tandis que la face extérieure de la couronne présente un profil aérodynamique concave avec un creux dirigé vers la surface extérieure 12. The aerodynamic appendix 29 has the shape of a ring held at a distance around the tubular body 10 and having an inner face facing the outer face 12, and an opposite outer face. In a sectional plane passing through the flow axis X, the inner face of the crown has a convex aerodynamic profile with a bulge directed towards the outer surface 12, while the outer face of the crown has a concave aerodynamic profile with a hollow directed towards the outer surface 12.
Bien qu'ayant été décrit dans une variante où l'axe d'écoulement X est horizontal, l'aérogénérateur selon l'invention peut être adapté de manière à avoir un axe d'écoulement vertical. Dans une telle variante, la forme de la surface extérieure 12 peut être modifiée de manière à avoir un profil concave ou bien convexe de forme sphérique. D'autre part, quelle que soit la variante retenue (axe d'écoulement horizontal ou vertical), la forme des surfaces intérieure et extérieure n'est pas limitée à celle des figures 1 à 4 et peut être modifiée, dès lors que la surface extérieure reste déprimogène entre l'ouverture d'admission OA et l'ouverture d'échappement 0E, et que la io surface intérieure comporte un tronçon convergent et un tronçon divergent reliés par un col. Although it has been described in a variant where the flow axis X is horizontal, the aerogenerator according to the invention can be adapted to have a vertical axis of flow. In such a variant, the shape of the outer surface 12 may be modified so as to have a concave or convex profile of spherical shape. On the other hand, whatever the variant chosen (horizontal or vertical axis of flow), the shape of the inner and outer surfaces is not limited to that of FIGS. 1 to 4 and can be modified, since the surface The outer surface remains a pressure differential between the inlet opening OA and the exhaust opening 0E, and the inner surface comprises a convergent section and a diverging section connected by a collar.
Il est possible de prévoir un frein mécanique associé à chaque rotor R1, R2. D'autre part, le dispositif de commande décrit précédemment peut inclure 15 des fonctions pour réaliser des bilans économiques et énergétiques ainsi que des prévisions de maintenance, et reste optionnel car l'aérogénérateur peut ne comporter aucun élément de régulation et de gestion d'énergie. It is possible to provide a mechanical brake associated with each rotor R1, R2. On the other hand, the control device described above can include functions for carrying out economic and energy balances as well as maintenance forecasts, and remains optional because the wind turbine may have no element for regulating and managing energy. .
Enfin, plusieurs aérogénérateurs selon l'invention peuvent être rassemblés 20 en cascades horizontales et/ou verticales, sur un axe circulaire et/ou sur des axes et plans différents. Pour identifier chacun des aérogénérateurs, une étiquette radiofréquence peut être associée à chaque aérogénérateur. Finally, several wind turbines according to the invention can be combined in horizontal and / or vertical cascades, on a circular axis and / or on different axes and planes. To identify each of the wind turbines, a radiofrequency label can be associated with each turbine.
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